Генетична регулация на клетъчната пролиферация. Механизми на клетъчно делене

Пролиферативните процеси при остро възпаление започват скоро след въздействието на флогогенния фактор върху тъканта и са по-изразени по периферията на възпалителната зона. Едно от условията за оптимален ход на пролиферацията е отслабването на процесите на промяна и ексудация.

Пролиферация

Фагоцитите също произвеждат и секретират в междуклетъчната течност редица биологично активни вещества, които регулират развитието или на имунитет, или на алергии, или на състояние на толерантност. По този начин възпалението е пряко свързано с формирането на имунитет или имунопатологични реакции в организма.

Пролиферацията - компонент на възпалителния процес и неговия краен етап - се характеризира с увеличаване на броя на стромалните и, като правило, паренхимните клетки, както и образуването на междуклетъчно вещество във фокуса на възпалението.Тези процеси са насочени към регенериране на променени и/или заместване на разрушени тъканни елементи. На този етап от възпалението различни биологично активни вещества са от голямо значение, особено тези, които стимулират клетъчната пролиферация (митогени).

Формите и степента на пролиферация на органоспецифичните клетки са различни и се определят от естеството на клетъчните популации (вижте статията „Клетъчна популация“ в приложението „Справочник“).

В някои органи и тъкани (например черния дроб, кожата, стомашно-чревния тракт, дихателните пътища) клетките имат висок пролиферативен капацитет, достатъчен за елиминиране на структурни дефекти във фокуса на възпалението.

В други органи и тъкани тази способност е много ограничена (например в тъканите на сухожилията, хрущялите, връзките, бъбреците и др.).

В редица органи и тъкани паренхимните клетки практически нямат пролиферативна активност (например миоцити на сърдечния мускул, неврони). В тази връзка, в края на възпалителния процес в тъканите на миокарда и нервната система, клетките на стромата, главно фибробласти, пролиферират на мястото на фокуса на възпалението, които също образуват неклетъчни структури. В резултат на това се образува белег на съединителната тъкан. В същото време е известно, че паренхимните клетки на тези тъкани имат висок капацитет за хипертрофия и хиперплазия на субклетъчни структури.

Активирането на пролиферативните процеси корелира с образуването на биологично активни вещества, които имат противовъзпалителен ефект (вид противовъзпалителни медиатори). Сред най-ефективните сред тях са:

Инхибитори на хидролази, по-специално протеази (напр. антитрипсин), -микроглобулин, плазмин или фактори на комплемента;

Антиоксиданти (например, церулоплазмин, хаптоглобин, пероксидаза, SOD);

Полиамини (напр. путресцин, спермин, кадаверин);

глюкокортикоиди;

Хепарин (потиска адхезията и агрегацията на левкоцитите, активността на кинините, биогенните амини, факторите на комплемента).

Замяната на мъртви и увредени тъканни елементи по време на възпаление се отбелязва след тяхното унищожаване и елиминиране (този процес се нарича почистване на раната).

Реакциите на пролиферация както на стромалните, така и на паренхимните клетки се регулират от различни фактори. Сред най-значимите сред тях са:

Много медиатори на възпаление (например TNF, който потиска пролиферацията; левкотриени, кинини, биогенни амини, които стимулират клетъчното делене).

Специфични метаболитни продукти на левкоцитите (например монокини, лимфокини, IL, растежни фактори), както и тромбоцити, които могат да активират клетъчната пролиферация.

Пептиди с ниско молекулно тегло, освободени по време на разрушаването на тъканите, полиамини (путресцин, спермидин, спермин), както и продукти на разграждане на нуклеинови киселини, които активират клетъчната репродукция.

Хормони (GH, инсулин, Т4, кортикоиди, глюкагон), много от които са способни както да активират, така и да инхибират пролиферацията в зависимост от тяхната концентрация, активност, синергични и антагонистични взаимодействия; например, глюкокортикоидите в ниски дози инхибират, а минералокортикоидите активират реакциите на регенерация.

Редица други фактори също влияят върху процесите на пролиферация, например ензими (колагеназа, хиалуронидаза), йони, невротрансмитери и др.

. Глава II
клетъчно възпроизвеждане. Проблеми на клетъчната пролиферация в медицината.
2.1. Жизненият цикъл на клетката.
Клетъчната теория казва, че клетките възникват от клетки чрез разделяне на оригинала. Тази разпоредба изключва образуването на клетки от неклетъчно вещество. Клетъчното делене се предшества от редупликацията на техния хромозомен апарат, синтеза на ДНК както в еукариотните, така и в прокариотните организми.

Времето на съществуване на клетка от делене до делене се нарича клетка или жизнен цикъл. Стойността му варира значително: за бактерии е 20-30 минути, за обувка 1-2 пъти на ден, за амеба около 1,5 дни. Многоклетъчните клетки също имат различна способност за делене. В ранната ембриогенеза те се делят често, а във възрастния организъм в по-голямата си част губят тази способност, тъй като се специализират. Но дори в организъм, който е достигнал пълно развитие, много клетки трябва да се разделят, за да заменят износените клетки, които непрекъснато се отделят и накрая са необходими нови клетки, за да лекуват рани.

Следователно, в някои популации от клетки, деленето трябва да се случи през целия живот. Като се има предвид това, всички клетки могат да бъдат разделени на три категории:

1. Към момента на раждането на детето нервните клетки достигат високо специализирано състояние, губейки способността си да се възпроизвеждат.В процеса на онтогенезата броят им непрекъснато намалява. Това обстоятелство има една добра страна; ако нервните клетки се делят, тогава висшите нервни функции (памет, мислене) биха били нарушени.

2. Друга категория клетки също са високоспециализирани, но поради постоянната си десквамация се заменят с нови, като тази функция се изпълнява от клетки от същата линия, но все още неспециализирани и не загубили способността си да се делят. Тези клетки се наричат ​​обновяващи. Пример за това са постоянно обновяващите се клетки на чревния епител, хематопоетичните клетки. Дори клетките на костната тъкан могат да се образуват от неспециализирани (това може да се наблюдава при репаративна регенерация на костни фрактури). Популациите от неспециализирани клетки, които запазват способността си да се делят, обикновено се наричат ​​стволови клетки.

3. Третата категория клетки е изключение, когато високоспециализираните клетки при определени условия могат да влязат в митотичния цикъл. Говорим за клетки, които се характеризират с дълъг живот и при които след пълен растеж рядко настъпва клетъчно делене. Пример са хепатоцитите. Но ако 2/3 от черния дроб се отстрани от опитно животно, то за по-малко от две седмици той се възстановява до предишния си размер. Такива са и клетките на жлезите, които произвеждат хормони: при нормални условия само няколко от тях могат да се възпроизвеждат, а при променени условия повечето от тях могат да започнат да се делят.

Клетъчният цикъл означава многократно повторение на последователни събития, които отнемат определен период от време. Обикновено цикличните процеси се изобразяват графично като кръгове.

Клетъчният цикъл се разделя на две части: митоза и интервалът между края на една митоза и началото на следващата - интерфаза. Методът на авторадиографията позволи да се установи, че в интерфазата клетката не само изпълнява своите специализирани функции, но и синтезира ДНК. Този период на интерфаза се нарича синтетичен (S). Започва около 8 часа след митозата и завършва след 7-8 часа. Интервалът между S-периода и митозата се нарича пресинтетичен (G1 - 4 часа) след синтетичен, преди самата митоза - постсинтетичен (G2). което се провежда в продължение на около час.

По този начин се разграничават четири етапа в клетъчния цикъл на стоманата; митоза, G1-период, S-период, G2-период.

Установяването на факта на удвояване в интерфазата на ДНК означава, че по време на него клетката не може да изпълнява специализирани функции, тя е заета с изграждането на клетъчни структури, синтезирането на строителни материали, които осигуряват растежа на дъщерните клетки, натрупването на енергията, изразходвана по време на самата митоза, синтезирането на специфични ензими за репликация на ДНК. Следователно интерфазните клетки, за да изпълняват функциите си, предварително определени от генетичната програма (да станат високоспециализирани), трябва временно или постоянно да напуснат цикъла в периода G0 или да останат в разширения G1 (значителни разлики в състоянието на клетките на периодите G0 и G1 не са отбелязани, тъй като G0 може да клетки на цикъл). Трябва да се отбележи специално, че в многоклетъчните зрели организми е известно, че повечето клетки са в периода G0.

Както вече беше споменато, увеличаването на броя на клетките се случва само поради разделянето на оригиналната клетка, което се предхожда от фазата на точно възпроизвеждане на генетичния материал, ДНК молекули, хромозоми.

Митотичното делене включва нови клетъчни състояния: интерфаза, декондензирани и вече редупликирани хромозоми се трансформират в компактна форма на митотични хромозоми, образува се ахроматичен митотичен апарат, който участва в хромозомния трансфер, хромозомите се отклоняват към противоположните полюси и възниква цитокинеза. Процесът на индиректно делене обикновено се разделя на следните основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Разделянето е условно, тъй като митозата е непрекъснат процес и промяната на фазата става постепенно. Единствената фаза, която има истинско начало, е анафазата, в която

хромозомите започват да се разделят. Продължителността на отделните фази е различна (средно профаза и телофаза - 30-40", анафаза и метафаза - 7-15"). До началото на митозата човешката клетка съдържа 46 хромозоми, всяка от които се състои от 2 еднакви половини - хроматиди (хроматидът се нарича още S-хромозома, а хромозома, състояща се от 2 хроматиди, е d-хромозома).

Едно от най-забележителните явления, наблюдавани при митозата, е образуването на вретено на делене. Той осигурява подреждането на d-хромозомите в една равнина, в средата на клетката, и движението на S-хромозомите към полюсите. Вретеното на делене се образува от центриолите на клетъчния център. Микротубулите се образуват в цитоплазмата от протеина тубулин.

В G1-периода всяка клетка съдържа два центриола, по време на прехода към G2-периода в близост до всеки центриол се образува дъщерен центриол и общо две двойки от тях.

В профазата едната двойка центриоли започва да се движи към единия полюс, другата към другия.

Между двойки центриоли един към друг започва да се образува набор от интерполярни и хромозомни микротубули.

Ядрената обвивка в края на профазата се разпада, ядрото престава да съществува, хромозомите (d) спирализират, вретеното на делене се премества в средата на клетката и d-хромозомите са в пролуките между микротубулите на вретеното.

По време на профазата D хромозомите се кондензират от нишковидни структури до пръчковидни. Скъсяване и удебеляване (d-хромозомите продължават известно време в метафаза, в резултат на което метафазните d-хромозоми имат достатъчна плътност. Центромерът е ясно видим в хромозомите, разделяйки ги на равни или неравни рамена, състоящи се от 2 съседни S - хромозоми (хроматиди). В началото на анафазата S-хромозомите (хроматидите) започват да се движат от екваториалната равнина към полюсите. Анафазата започва с разделянето на центромерната област на всяка от хромозомите, в резултат на което две S-хромозоми на всяка d-хромозома са напълно отделени една от друга. Поради това всяка дъщерна клетка получава идентичен набор от 46 S хромозоми. След разделянето на центромерите, половината от 92 S хромозоми започва да се движи към единия полюс, другата половина към другия.

До днес не е точно установено под действието на какви сили се извършва движението на хромозомите към полюсите. Има няколко версии:

1. В делителното вретено има съдържащи актин филаменти (както и други мускулни протеини), възможно е тази сила да се генерира по същия начин, както в мускулните клетки.

2. Движението на хромозомите се дължи на плъзгането на хромозомни микротубули по продължение на непрекъснати (интерполярни) микротубули с противоположна полярност (Mak-Itosh, 1969, Margolis, 1978).

3. Скоростта на движение на хромозомите се регулира от кинетохорни микротубули, за да се осигури правилно разделяне на хроматидите. Най-вероятно всички горепосочени механизми за осъществяване на математически точно разпределение на наследственото вещество между дъщерните клетки си сътрудничат.

В края на анафазата и началото на телофазата в средата на удължената клетка започва образуването на стесняване, което образува така наречената смачкваща бразда, която, задълбочавайки се, разделя клетката на две дъщерни клетки. Актиновите нишки участват в образуването на браздата. Но докато браздата се задълбочава, клетките се свързват помежду си чрез сноп от микротубули, наречен средно тяло, остатъкът от който също присъства в интерфазата за известно време. Паралелно с цитокинезата, на всеки полюс хромозомите се деспирализират в обратен ред от хромозомно към нуклеозомно ниво. Накрая, наследственото вещество е под формата на бучки хроматин, или плътно опакован, или декондензиран. Ядрото, ядрената мембрана, обграждаща хроматина и кариоплазмата, се формира отново. Така в резултат на митотично клетъчно делене новообразуваните дъщерни клетки са еднакви една с друга и са копие на майчината клетка, което е важно за последващия растеж, развитие и диференциация на клетките и тъканите.
2.2. Механизъм на регулиране на митотичната активност
Поддържането на броя на клетките на определено постоянно ниво осигурява цялостна хомеостаза. Например, броят на еритроцитите и левкоцитите в здраво тяло е относително стабилен, въпреки факта, че тези клетки умират, те постоянно се попълват. Следователно скоростта на образуване на нови клетки трябва да се регулира, за да съответства на скоростта на клетъчна смърт.

За да се поддържа хомеостазата, е необходимо броят на различните специализирани клетки в тялото и функциите, които те трябва да изпълняват, да са под контрола на различни регулаторни механизми, които поддържат всичко това в стабилно състояние.

В много случаи на клетките се дава сигнал, че трябва да увеличат своята функционална активност и това може да изисква увеличаване на броя на клетките. Например, ако съдържанието на Ca в кръвта падне, тогава клетките на паращитовидната жлеза увеличават секрецията на хормона, нивото на калция достига нормата. Но ако в диетата на животното липсва калций, тогава допълнителното производство на хормона няма да увеличи съдържанието на този елемент в кръвта.В този случай клетките на щитовидната жлеза започват да се делят интензивно, така че увеличаването на броя им води до допълнително увеличаване на синтеза на хормона. По този начин намаляването на една или друга функция може да доведе до увеличаване на популацията на клетките, които осигуряват тези функции.

При хората, които навлизат във високопланинските райони, броят на червените кръвни клетки се увеличава рязко (на надморска височина под 02), за да осигури на тялото необходимото количество кислород. Бъбречните клетки реагират на намаляване на кислорода и увеличават секрецията на еритропоетин, което подобрява хемопоезата. След образуването на достатъчно количество допълнителни еритроцити, хипоксията изчезва и клетките, които произвеждат този хормон, намаляват секрецията му до обичайното ниво.

Клетките, които са напълно диференцирани, не могат да се делят, но въпреки това могат да бъдат увеличени от стволовите клетки, от които са получени. Нервните клетки не могат да се делят при никакви обстоятелства, но те могат да увеличат своята функция, като увеличат процесите си и умножат връзките между тях.

Трябва да се отбележи, че при възрастни съотношението на общите размери на различните органи остава повече или по-малко постоянно. При изкуствено нарушение на съществуващото съотношение на размера на органа, той клони към нормалното (отстраняването на единия бъбрек води до увеличаване на другия).

Една от концепциите, обясняващи този феномен, е, че клетъчната пролиферация се регулира от специални вещества - калони. Предполага се, че те имат специфичност по отношение на клетки от различни видове, тъкани на органи. Смята се, че намаляването на броя на калоните стимулира клетъчната пролиферация, например по време на регенерацията. В момента този проблем се изучава внимателно от различни специалисти. Получени са данни, че халоните са гликопротеини с молекулно тегло 30 000 - 50 000.

2.3. Нередовни видове клетъчно възпроизвеждане
Амитоза. Директното делене или амитозата е описано по-рано от митотичното делене, но е много по-рядко срещано. Амитозата е клетъчно делене, при което ядрото е в интерфазно състояние. В този случай няма кондензация на хромозоми и образуване на вретено на делене. Формално амитозата трябва да доведе до появата на две клетки, но най-често води до делене на ядрото и появата на дву- или многоядрени клетки.

Амитотичното делене започва с фрагментиране на нуклеолите, последвано от разделяне на ядрото чрез свиване (или инвагинация). Може да има множествено делене на ядрото, обикновено с неравен размер (при патологични процеси). Многобройни наблюдения показват, че амитозата се появява почти винаги в клетки, които са остарели, дегенериращи и неспособни да произвеждат ценни елементи в бъдеще. Така че обикновено амитотичното делене се случва в ембрионалните мембрани на животните, във фоликуларните клетки на яйчника, в гигантските клетки на трофобластите. Амитозата има положително значение в процеса на регенерация на тъкани или органи (регенеративна амитоза). Амитозата в стареещите клетки е придружена от смущения в биосинтетичните процеси, включително репликация, възстановяване на ДНК, както и транскрипция и транслация. Променят се физикохимичните свойства на хроматиновите протеини на клетъчните ядра, съставът на цитоплазмата, структурата и функциите на органелите, което води до функционални нарушения на всички следващи нива - клетъчно, тъканно, органно и организмово. Тъй като разрушаването се увеличава и възстановяването избледнява, настъпва естествена клетъчна смърт. Често амитоза се среща при възпалителни процеси и злокачествени новообразувания (индуцирана амитоза).

Ендомитоза.Когато клетките са изложени на вещества, които разрушават микротубулите на вретеното, деленето спира и хромозомите ще продължат своя цикъл на трансформации: репликация, което ще доведе до постепенно образуване на полиплоидни клетки - 4 стр. 8 стр. и т.н. Този процес на трансформация иначе се нарича ендорепродукция. Способността на клетките за ендомитоза се използва в растениевъдството за получаване на клетки с множество набори от хромозоми. За това се използват колхицин, винбластин, които разрушават нишките на ахроматиновото вретено. Полиплоидните клетки (и след това възрастните растения) са големи, вегетативните органи от такива клетки са големи, с голям запас от хранителни вещества. При хората ендорепродукцията възниква в някои хепатоцити и кардиомиоцити.

Друг, по-рядък резултат от ендомитоза са политените клетки. При политения в S-периода, в резултат на репликация и неразделяне на хромозомни вериги, се образува мултифиламентна, политенова структура. Те се различават от митотичните хромозоми с големи размери (200 пъти по-дълги). Такива клетки се намират в слюнчените жлези на двукрилите насекоми, в макронуклеусите на ресничестите. Подутини, издувания (места на транскрипция) се виждат на политеновите хромозоми - израз на генна активност. Тези хромозоми са най-важният обект на генетични изследвания.
2.4. Проблеми на клетъчната пролиферация в медицината.
Както е известно, тъканите с висока скорост на обновяване на клетките са по-чувствителни към въздействието на различни мутагени, отколкото тъканите, в които клетките се обновяват бавно. Въпреки това, например, радиационното увреждане може да не се появи веднага и не е задължително да отслабва с дълбочина, понякога дори уврежда дълбоко разположените тъкани много повече от повърхностните. Когато клетките се облъчват с рентгенови лъчи или гама-лъчи, в жизнения цикъл на клетките възникват груби нарушения: митотичните хромозоми променят формата си, те се счупват, последвано от неправилно свързване на фрагменти, понякога отделни части от хромозомите изчезват напълно. Могат да възникнат аномалии на вретеното (в клетката не се образуват два полюса, а три), което ще доведе до неравномерно разделяне на хроматидите. Понякога увреждането на клетката (големи дози радиация) е толкова значително, че всички опити на клетката да започне митоза са неуспешни и деленето спира.

Подобен ефект от облъчването обяснява отчасти използването му при лечение на тумори. Целта на облъчването не е да убие туморните клетки в интерфазата, а да ги накара да загубят способността си за митоза, което ще забави или спре туморния растеж. Радиацията в дози, които не са смъртоносни за клетките, може да причини мутации, водещи до повишена пролиферация на променени клетки и да доведат до злокачествен растеж, както често се случва на тези, които са работили с рентгенови лъчи, без да знаят за тяхната опасност.

Клетъчната пролиферация се влияе от много химикали, включително лекарства. Например, алкалоидът колхицин (съдържат го луковиците на colchicum) е първото лекарство, което облекчава болките в ставите от подагра. Оказа се, че има и друг ефект - спира деленето, като се свързва с тубулините протеини, от които се образуват микротубулите. По този начин колхицинът, подобно на много други лекарства, блокира образуването на вретеното на делене.

На тази основа алкалоиди като винбластин и винкристин се използват за лечение на някои видове злокачествени новообразувания, влизайки в арсенала на съвременните химиотерапевтични противоракови средства. Трябва да се отбележи, че способността на вещества като колхицин да спират митозата се използва като метод за последваща идентификация на хромозоми в медицинската генетика.

От голямо значение за медицината е способността на диференцираните (нещо повече, полови) клетки да поддържат своя потенциал за пролиферация, което понякога води до развитие на тумори в яйчниците, на разреза на които се виждат клетъчни слоеве, тъкани и органи, които са "бъркотия". Откриват се парченца кожа, космени фоликули, косми, деформирани зъби, парченца кости, хрущяли, нервна тъкан, фрагменти от окото и др., което налага спешна хирургична намеса.

2.5. Патология на клетъчното възпроизвеждане
Аномалии на митотичния цикъл.. Митотичният ритъм, обикновено адекватен на необходимостта от възстановяване на стареещите, мъртвите клетки, може да бъде променен при патологични състояния. Забавяне на ритъма се наблюдава при застаряващи или слабо васкуларизирани тъкани, повишаване на ритъма се наблюдава при тъкани с различни видове възпаления, хормонални влияния, при тумори и др.

РЕГУЛИРАНЕ НА КЛЕТЪЧНИЯ ЦИКЪЛ

Въведение

Активиране на пролиферацията

клетъчен цикъл

Регулиране на клетъчния цикъл

Екзогенни регулатори на пролиферацията

Ендогенни регулатори на клетъчния цикъл

CDK регулаторни пътища

G1 фазово регулиране

S фазово регулиране

G2 фазово регулиране

Регулация на митозата

увреждане на ДНК

Пътища за възстановяване на двойни вериги на ДНК

Клетъчен отговор на увреждане на ДНК и неговото регулиране

Регенерация на тъканите

Регулиране на регенерацията на тъканите

Заключение

Библиография

Въведение

Клетката е основната единица на всички живи същества. Извън клетката живот няма. Клетъчното възпроизвеждане става само чрез делене на оригиналната клетка, което е предшествано от възпроизвеждането на нейния генетичен материал. Активирането на клетъчното делене се дължи на влиянието на външни или вътрешни фактори върху него. Процесът на делене на клетката от момента на нейното активиране се нарича пролиферация. С други думи, пролиферацията е размножаване на клетки, т.е. увеличаване на броя на клетките (в култура или тъкан), което възниква чрез митотични деления. Продължителността на живота на клетката като такава, от делене до делене, обикновено се нарича клетъчен цикъл.

В тялото на възрастен човек клетките на различни тъкани и органи имат различна способност да се делят. Освен това с напредването на възрастта интензивността на клетъчната пролиферация намалява (т.е. интервалът между митозите се увеличава). Има популации от клетки, които напълно са загубили способността си да се делят. Това са, като правило, клетки в крайния етап на диференциация, например зрели неврони, гранулирани кръвни левкоцити, кардиомиоцити. В това отношение изключение правят имунните В- и Т-клетки на паметта, които, намирайки се в последния етап на диференциация, когато в тялото се появи определен стимул под формата на по-рано срещан антиген, могат да започнат да се размножават. Тялото има постоянно обновяващи се тъкани - различни видове епител, хемопоетични тъкани. В такива тъкани има клетки, които постоянно се делят, замествайки изразходвани или умиращи видове клетки (например клетки на чревната крипта, клетки на базалния слой на покривния епител, хемопоетични клетки на костния мозък). Също така в тялото има клетки, които не се размножават при нормални условия, но отново придобиват това свойство при определени условия, по-специално, когато е необходимо да се регенерират тъкани и органи. Процесът на клетъчна пролиферация е строго регулиран както от самата клетка (регулиране на клетъчния цикъл, спиране или забавяне на синтеза на автокринни растежни фактори и техните рецептори), така и от нейната микросреда (липса на стимулиращи контакти със съседни клетки и матрица, спиране на секреция и/или синтез на паракринни растежни фактори). Нарушаването на регулацията на пролиферацията води до неограничено делене на клетките, което от своя страна инициира развитието на онкологичния процес в организма.

Активиране на пролиферацията

Основната функция, свързана с инициирането на пролиферацията, се поема от плазмената мембрана на клетката. Именно на повърхността му се случват събития, които са свързани с прехода на почиващите клетки в активирано състояние, което предхожда деленето. Плазмената мембрана на клетките, благодарение на разположените в нея рецепторни молекули, възприема различни извънклетъчни митогенни сигнали и осигурява транспортиране в клетката на необходимите вещества, участващи в инициирането на пролиферативния отговор. Митогенни сигнали могат да бъдат контактите между клетките, между клетката и матрицата, както и взаимодействието на клетките с различни съединения, които стимулират навлизането им в клетъчния цикъл, които се наричат ​​растежни фактори. Клетка, която е получила митогенен сигнал за пролиферация, започва процеса на делене.

КЛЕТЪЧЕН ЦИКЪЛ

Целият клетъчен цикъл се състои от 4 етапа: пресинтетичен (G1), синтетичен (S), постсинтетичен (G2) и собствена митоза (M). Освен това съществува така нареченият G0-период, който характеризира състоянието на покой на клетката. В периода G1 клетките имат диплоидно съдържание на ДНК на ядро. През този период започва клетъчният растеж, главно поради натрупването на клетъчни протеини, което се дължи на увеличаване на количеството РНК на клетка. Освен това започва подготовката за синтеза на ДНК. В следващия S-период количеството на ДНК се удвоява и съответно броят на хромозомите се удвоява. Постсинтетичната G2 фаза се нарича още премитотична. В тази фаза протича активен синтез на иРНК (информационна РНК). Този етап е последван от действителното разделяне на клетката на две или митоза.

Разделянето на всички еукариотни клетки е свързано с кондензацията на дублирани (репликирани) хромозоми. В резултат на деленето тези хромозоми се прехвърлят в дъщерни клетки. Този вид делене на еукариотни клетки - митоза (от гръцки mitos - нишки) - е единственият пълен начин за увеличаване на броя на клетките. Процесът на митотично делене е разделен на няколко етапа: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.

РЕГУЛИРАНЕ НА КЛЕТЪЧНИЯ ЦИКЪЛ

Целта на регулаторните механизми на клетъчния цикъл не е да регулират преминаването на клетъчния цикъл като такъв, а в крайна сметка да осигурят безпроблемното разпределение на наследствения материал в процеса на клетъчно възпроизвеждане. Регулирането на клетъчното възпроизвеждане се основава на промяната в състоянията на активна пролиферация и пролиферативния орган. Регулаторните фактори, които контролират клетъчната репродукция, могат да бъдат разделени на две групи: извънклетъчни (или екзогенни) или вътреклетъчни (или ендогенни). Екзогенните фактори се намират в клетъчната микросреда и взаимодействат с клетъчната повърхност. Факторите, които се синтезират от самата клетка и действат в нея, се наричат ​​ендогенни фактори. Такова подразделение е много условно, тъй като някои фактори, които са ендогенни по отношение на произвеждащата ги клетка, могат да я напуснат и да действат като екзогенни регулатори върху други клетки. Ако регулаторните фактори взаимодействат със същите клетки, които ги произвеждат, тогава този тип контрол се нарича автокринен. Под паракринен контрол синтезът на регулаторите се осъществява от други клетки.

ЕКЗОГЕННИ РЕГУЛАТОРИ НА ПРОЛИФЕРАЦИЯ

В многоклетъчните организми регулирането на пролиферацията на различни видове клетки се дължи на действието не на един от растежните фактори, а на тяхната комбинация. В допълнение, някои растежни фактори, които са стимуланти за някои видове клетки, се държат като инхибитори по отношение на други. Класическите растежни фактори са полипептиди с молекулно тегло 7-70 kDa. Към днешна дата са известни повече от сто такива растежни фактори. Тук обаче ще бъдат разгледани само няколко от тях.

Може би най-голямото количество литература е посветено на тромбоцитния растежен фактор (PDGF). Освободен при разрушаване на съдовата стена, PDGF участва в процесите на тромбоза и заздравяване на рани. PDGF е мощен растежен фактор за фибробластите в покой. Заедно с PDGF не по-малко подробно е изследван епидермалния растежен фактор (EGF), който също е в състояние да стимулира пролиферацията на фибробласти. Но освен това има стимулиращ ефект и върху други видове клетки, по-специално върху хондроцитите.

Голяма група растежни фактори са цитокините (интерлевкини, тумор некротизиращи фактори, колониестимулиращи фактори и др.). Всички цитокини са полифункционални. Те могат или да засилят, или да инхибират пролиферативните реакции. Така, например, различни субпопулации от CD4+ Т-лимфоцити, Th1 и Th2, произвеждащи различен спектър от цитокини, са антагонисти един на друг. Тоест Th1 цитокините стимулират пролиферацията на клетките, които ги произвеждат, но в същото време инхибират деленето на Th2 клетките и обратно. Така нормално в организма се поддържа постоянен баланс на тези два вида Т-лимфоцити. Взаимодействието на растежните фактори с техните рецептори на клетъчната повърхност предизвиква цяла каскада от събития вътре в клетката. В резултат на това възниква активиране на транскрипционни фактори и експресия на гени за пролиферативен отговор, което в крайна сметка инициира репликация на ДНК и навлизане на клетката в митоза.

ЕНДОГЕННИ РЕГУЛАТОРИ НА КЛЕТЪЧНИЯ ЦИКЪЛ

В нормалните еукариотни клетки преминаването на клетъчния цикъл е строго регулирано. Причината за онкологичните заболявания е трансформацията на клетките, обикновено свързана с нарушения на регулаторните механизми на клетъчния цикъл. Един от основните резултати от дефектен клетъчен цикъл е генетичната нестабилност, тъй като клетките с дефектен контрол на клетъчния цикъл губят способността да дублират правилно и да разпределят своя геном между дъщерните клетки. Генетичната нестабилност води до придобиване на нови характеристики, които са отговорни за прогресията на тумора. Циклин-зависимите кинази (CDK) и техните регулаторни субединици (циклини) са основни регулатори на клетъчния цикъл. Преминаването на клетъчния цикъл се постига чрез последователно активиране и дезактивиране на различни комплекси циклин-CDK. Действието на комплексите циклин-CDK е да фосфорилират редица целеви протеини в съответствие с фазата на клетъчния цикъл, в която един или друг комплекс циклин-CDK е активен. Например, циклин E-CDK2 е активен в късната G1 фаза и фосфорилира протеини, необходими за преминаване през късната G1 фаза и навлизане в S фазата. Cyclin A-CDK2 е активен в S и G2 фазите, той осигурява преминаването на S фазата и влизането в митоза. Циклин А и циклин Е са централни регулатори на репликацията на ДНК. Следователно, неправилното регулиране на експресията на който и да е от тези циклини води до генетична нестабилност. Беше показано, че натрупването на ядрен циклин А се случва изключително в момента, когато клетката навлезе в S фазата, т.е. по време на прехода G1/S. От друга страна, беше показано, че нивата на циклин Е се повишават след преминаване на така наречената лимитираща точка (R-точка) в късната G1 фаза и след това намаляват значително, когато клетката навлезе в S фаза.

НАЧИНИ НА РЕГУЛИРАНЕ CDK

Активността на циклин-зависимите кинази (CDKs) е строго регулирана от поне четири механизма:

1) Основният начин на регулиране на CDK е свързването с циклин, т.е. в свободна форма киназата не е активна и само комплексът със съответния циклин има необходимите активности.

2) Активността на комплекса циклин-CDK също се регулира чрез обратимо фосфорилиране. За придобиване на активност е необходимо CDK фосфорилиране, което се осъществява с участието на CDK активиращ комплекс (CAK), състоящ се от циклин Н, CDK7 и Mat1.

3) От друга страна, в молекулата на CDK, в областта, отговорна за свързването на субстрата, има места, чието фосфорилиране води до инхибиране на активността на комплекса циклин-CDK. Тези места са фосфорилирани от група кинази, включително Wee1 киназата, и дефосфорилирани от Cdc25 фосфатази. Активността на тези ензими (Wee1 и Cdc25) варира значително в отговор на различни вътреклетъчни събития като увреждане на ДНК.

4) В крайна сметка някои циклин-CDK комплекси могат да бъдат инхибирани поради свързване с CDK инхибитори (CKI). CDK инхибиторите се състоят от две групи протеини INK4 и CIP/KIP. INK4 инхибиторите (p15, p16, p18, p19) се свързват и инактивират CDK4 и CDK6, предотвратявайки взаимодействието с циклин D. CIP/KIP инхибиторите (p21, p27, p57) могат да се свързват с циклин-CDK комплекси, съдържащи CDK1, CDK2, CDK4 и CDK6. Трябва да се отбележи, че при определени условия CIP/KIP инхибиторите могат да подобрят киназната активност на циклин D-CDK4/6 комплексите.

РЕГУЛАЦИЯ Ж 1 ФАЗА

Във фазата G1, в така наречената рестрикционна точка (ограничения, R-точка), клетката решава дали да я раздели или не. Рестрикционната точка е точката в клетъчния цикъл, след която клетката става имунизирана срещу външни сигнали до края на целия клетъчен цикъл. Рестрикционната точка разделя G1 фазата на две функционално различни стъпки: G1pm (постмитотична стъпка) и G1ps (пресинтетична стъпка). По време на G1pm клетката оценява растежните фактори, присъстващи в нейната среда. Ако необходимите растежни фактори присъстват в достатъчни количества, тогава клетката преминава в G1ps. Клетките, които са преминали в периода G1ps, продължават нормалното преминаване на целия клетъчен цикъл дори при липса на растежни фактори. Ако необходимите растежни фактори липсват в периода G1pm, тогава клетката преминава в състояние на пролиферативна латентност (фаза G0).

Основният резултат от каскадата от сигнални събития, възникващи поради свързването на растежния фактор към рецептора на клетъчната повърхност, е активирането на комплекса циклин D-CDK4/6. Активността на този комплекс се увеличава значително още в ранния период на G1. Този комплекс фосфорилира целите, необходими за преминаване към S фазата. Основният субстрат на комплекса циклин D-CDK4/6 е продуктът на ретинобластомния ген (pRb). Нефосфорилираният pRb се свързва и по този начин инактивира транскрипционните фактори на E2F групата. Фосфорилирането на pRb от циклин D-CDK4/6 комплекси води до освобождаване на E2F, който навлиза в ядрото и инициира транслацията на протеинови гени, необходими за репликация на ДНК, по-специално гените за циклин Е и циклин А. В края на G1 фаза, има краткотрайно увеличение на количеството циклин Е, което предвещава натрупване на циклин А и преход към S фаза.

Спирането на клетъчния цикъл във фазата G1 може да бъде причинено от следните фактори: повишаване на нивото на CDK инхибиторите, лишаване от растежни фактори, увреждане на ДНК, външни влияния, онкогенна активация

РЕГУЛАЦИЯ С ФАЗИ

S фазата е етапът от клетъчния цикъл, когато се извършва синтеза на ДНК. Всяка от двете дъщерни клетки, които се образуват в края на клетъчния цикъл, трябва да получи точно копие на ДНК на майчината клетка. Всяка основа на ДНК молекулите, които изграждат 46-те хромозоми на човешка клетка, трябва да се копира само веднъж. Ето защо синтезът на ДНК е изключително строго регулиран.

Доказано е, че само ДНК на клетки в G1 или S фаза може да се репликира. Това предполага, че ДНК трябва да бъде<лицензирована>да се репликира и че частта от ДНК, която е била дублирана, губи това<лицензию>. Репликацията на ДНК започва от място за свързване на протеин, наречено ORC (Произход на репликиращ се комплекс). Няколко компонента, необходими за синтеза на ДНК, се свързват с ORC в късната M или ранната G1 фаза, образувайки предрепликативен комплекс, който всъщност дава<лицензию>ДНК за репликация. На етапа на прехода G1/S, повече протеини, необходими за репликация на ДНК, се добавят към предреплективния комплекс, като по този начин се образува иницииращ комплекс. Когато процесът на репликация започне и се формира вилицата на репликация, много компоненти се отделят от иницииращия комплекс и само компонентите на пострепликативния комплекс остават на мястото на иницииране на репликацията.

Много проучвания показват, че активността на циклин A-CDK2 е необходима за нормалното функциониране на иницииращия комплекс. В допълнение, успешното завършване на S фазата също изисква активността на комплекса циклин A-CDK2, който всъщност е основният регулаторен механизъм, който осигурява успешното завършване на синтеза на ДНК. Спирането в S фаза може да бъде предизвикано от увреждане на ДНК.

РЕГУЛАЦИЯ Ж 2 ФАЗА

Фазата G2 е фазата на клетъчния цикъл, която започва след завършване на синтеза на ДНК, но преди да започне кондензацията. Основният регулатор на преминаването на G2 фазата е комплексът циклин B-CDK2. Спирането на клетъчния цикъл във фазата G2 възниква поради инактивиране на комплекса циклин B-CDK2. Преходът G2/M се регулира от комплекса циклин B-CDK1; неговото фосфорилиране/дефосфорилиране регулира навлизането в М фазата. Увреждането на ДНК или наличието на нерепликирани участъци предотвратява прехода към М фаза.

Клетъчен пролиферация- увеличаване на броя на клетките чрез митоза,

водещ до растеж на тъкан, за разлика от друг начин за увеличаването му

маси (напр. оток). Нервните клетки не се размножават.

В организма на възрастните процесите на развитие, свързани с

с клетъчно делене и специализация. Тези процеси могат да бъдат и двете

малък физиологичен и насочен към възстановяване на ор-

ганизъм поради нарушаване на целостта му.

Значението на пролиферацията в медицината се определя от способността на клетките

ток на различни тъкани към делене. Лечебният процес е свързан с деленето на клетките.

заздравяване на рани и възстановяване на тъкани след хирургични операции.

Клетъчната пролиферация е в основата на регенерацията (възстановяването)

изгубени части. Проблемът с регенерацията представлява интерес за

лекарства за реконструктивна хирургия. Правете разлика между физиологични

репаративна и патологична регенерация.

Физиологичен- естествено възстановяване на клетките и тъканите в

онтогенеза. Например промяната на червените кръвни клетки, епителните клетки на кожата.

Репаративни- възстановяване след повреда или смърт на лепилото

ток и тъкани.

Патологични- пролиферация на тъкани, които не са идентични със здравите тъкани

вкусно Например, растежът на белег на мястото на изгаряне, хрущял - при

мястото на фрактурата, размножаване на клетките на съединителната тъкан на мястото на нашата

цервикална тъкан на сърцето, раков тумор.

Напоследък е обичайно клетките на животинските тъкани да се разделят според

способност за разделяне на 3 групи: лабилни, стабилни и статични.

Да се лабиленвключват клетки, които се актуализират бързо и лесно

по време на живота на организма (кръвни клетки, епител, слуз

спират стомашно-чревния тракт, епидермиса и др.).

Да се стабиленвключват клетки от органи като черен дроб, панкреас

жлеза, слюнчени жлези и др., които откриват ограничен

нова способност за разделяне.

Да се статиченвключват клетки на миокарда и нервната тъкан, които

ръж, според повечето изследователи, не споделят.

Изучаването на клетъчната физиология е от съществено значение за нейното разбиране.

тогенетичното ниво на организацията на живите и механизмите на саморегулация

клетки, които осигуряват холистичното функциониране на целия организъм.

Глава 6

ГЕНЕТИКА КАК НАУКАТА. ЗАКОНОРНОСТИ

НАСЛЕДСТВО ЗНАЦИ

6.1 Предмет, задачи и методи на генетиката

Наследствеността и изменчивостта са основни свойства

живи същества, тъй като те са характерни за живи същества от всяко ниво на организация

понижаване. Науката, която изучава моделите на наследствеността и промяната

vosti, се нарича генетика.

Генетиката като наука изучава наследствеността и наследствеността

волатилност, а именно, той се занимава ко следващия проблеми:

1) съхранение на генетична информация;

2) трансфер на генетична информация;

3) внедряване на генетична информация (използването й в специфичен

признаци на развиващ се организъм под въздействието на външната среда);

4) промяна в генетичната информация (видове и причини за промените,

механизми).

Първият етап в развитието на генетиката - 1900–1912 г От 1900 г. - повторно

обхващащи законите на Г. Мендел от учени Х. Де Врис, К. Коренс, Е. Шер-

мак. Признаване на законите на Г. Мендел.

Втора фаза 1912–1925 - създаването на хромозомната теория на Т. Мор-

Гана. Трета фаза 1925–1940 - откриване на изкуствена мутагенеза и

генетични процеси на еволюция.

Четвърти етап 1940–1953 - изследвания върху генния контрол

физиологични и биохимични процеси.

Петият етап от 1953 г. до днес е развитието на молекулярната

биология.

Известна е отделна информация за наследяването на черти

много дълго време обаче научната основа за предаването на знаци е била първа

изложено от Г. Мендел през 1865 г. в работата: „Опити върху растения

хибриди." Това бяха напреднали идеи, но съвременниците не дадоха

значението на неговото откритие. Концепцията за "ген" все още не съществува по това време и Г. Мен-

дел говори за "наследствените наклонности", съдържащи се в половите клетки

kah, но природата им беше неизвестна.

През 1900 г. независимо един от друг Х. Де Фриз, Е. Чермак и К. Кор-

Ренс преоткрива законите на Г. Мендел. Тази година се счита за година на раждане

на генетиката като наука. През 1902 г. Т. Бовери, Е. Уилсън и Д. Сетън правят

Лали предложи връзката на наследствените фактори с хромозомите.

През 1906 г. W. Betson въвежда термина "генетика", а през 1909 г. W. Johansen -

"ген". През 1911 г. Т. Морган и колеги формулират основните принципи

жения хромозомна теория за наследствеността. Те доказаха, че гените

разположени в определени локуси на хромозоми в линеен ред,

определен знак.

Основните методи на генетиката: хибридологични, цитологични и

математически. Генетиката активно използва методите на други свързани

науки: химия, биохимия, имунология, физика, микробиология и др.

Клетъчният цикъл е периодът от живота на клетката от едно делене до друго или от делене до смърт. Клетъчният цикъл се състои от интерфаза (период извън деленето) и самото клетъчно делене.

В края на периода G1 е обичайно да се разграничава специален момент, наречен R-точка (точка на ограничаване, R-точка), след което клетката задължително навлиза в периода S в рамките на няколко часа (обикновено 1-2). Периодът от време между точката R и началото на периода S може да се счита за подготвителен за прехода към периода S.

Най-важният процес, който протича в периода S, е удвояването или редупликацията на ДНК. Всички други реакции, протичащи по това време в клетката, са насочени към осигуряване на синтеза на ДНК. Такива спомагателни процеси включват синтеза на хистонови протеини, синтеза на ензими, които регулират и осигуряват синтеза на нуклеотиди и образуването на нови ДНК вериги.

Преминаването на клетката през всички периоди на клетъчния цикъл е строго контролирано. Когато клетките се движат през клетъчния цикъл, в тях се появяват и изчезват, активират се и инхибират специални регулаторни молекули, които осигуряват: 1) преминаването на клетката през определен период от клетъчния цикъл и 2 прехода от един период към друг. Освен това преминаването през всеки период, както и преходът от един период към друг, се контролира от различни вещества. Сега ще се опитаме да разберем какви са тези вещества и какво правят.

Общата ситуация изглежда така. Клетката постоянно съдържа специални ензимни протеини, които чрез фосфорилиране на други протеини (чрез серинови, тирозинови или треонинови остатъци в полипептидната верига) регулират активността на гените, отговорни за преминаването на клетката през определен период от клетъчния цикъл. Тези ензимни протеини се наричат ​​циклин-зависими протеин кинази (cdc). Има няколко разновидности от тях, но всички те имат подобни свойства. Въпреки че броят на тези циклин-зависими протеин кинази може да варира в различните периоди на клетъчния цикъл, те присъстват в клетката постоянно, независимо от периода на клетъчния цикъл, тоест присъстват в излишък. С други думи, техният синтез или количество не ограничават или регулират преминаването на клетките през клетъчния цикъл. Въпреки това, в патологията, ако техният синтез е нарушен, броят им е намален или има мутантни форми с променени свойства, тогава това, разбира се, може да повлияе на хода на клетъчния цикъл.

Защо такива циклин-зависими протеин кинази не са в състояние да регулират преминаването на клетките през периодите на клетъчния цикъл. Оказва се, че те са в клетките в неактивно състояние и за да се активират и да започнат да работят, са необходими специални активатори. Те са циклини. Има и много различни видове от тях, но те не винаги присъстват в клетките: те се появяват и изчезват. В различните фази на клетъчния цикъл се образуват различни циклини, които чрез свързване с Cdk образуват различни комплекси Cdk-циклин. Тези комплекси регулират различни фази на клетъчния цикъл и затова се наричат ​​G1-, G1/S-, S- и M-Cdk (фигура от моите фигури циклини). Например, преминаването на клетка през G1 периода на клетъчния цикъл се осигурява от комплекс от циклин-зависима протеин киназа-2 (cdk2) и циклин D1, циклин-зависима протеин киназа-5 (cdk5) и циклин D3. Преминаването през специална рестрикционна точка (R-точка) на периода G1 контролира комплекса на cdc2 и циклин С. Преходът на клетката от периода G1 на клетъчния цикъл към периода S се контролира от комплекса на cdk2 и циклин Е. Преходът на клетката от периода S към периода G2 изисква cdk2 комплекс и циклин А. Циклин-зависима протеин киназа-2 (cdc2) и циклин В участват в прехода на клетката от периода G2 към митоза (М период). Циклин Н във връзка с cdk7 е необходим за фосфорилиране и активиране на cdc2 в комплекс с циклин В.

Циклините са нов клас протеини, открити от Тим ​​Хънт, които играят ключова роля в контролирането на клетъчното делене. Името "циклини" се появи поради факта, че концентрацията на протеини от този клас се променя периодично в съответствие с етапите на клетъчния цикъл (например пада преди началото на клетъчното делене).

Първият циклин е открит от Хънт в началото на 80-те години, докато експериментира с яйца на жаба и морски таралеж. По-късно циклини са открити и в други живи същества.

Оказа се, че тези протеини са се променили малко в хода на еволюцията, както и механизмът на контрол на клетъчния цикъл, който идва от прости клетки на дрожди към хората в „консервирана“ форма.

Тимъти Хънт (R. Timothy Hunt), заедно с колегата си англичанин Пол М. Нърс и американецът Лиланд Х. Хартуел, получиха Нобелова награда за физиология или медицина през 2001 г. за тяхното откритие на генетичните и молекулярни механизми на регулиране на клетъчния цикъл - процес което е от съществено значение за растежа, развитието и самото съществуване на живите организми

Контролни точки на клетъчния цикъл

1. Точката на излизане от G1-фазата, наречена Начало - при бозайници и рестрикционна точка при дрожди. След преминаване през ограничителната точка R в края на G1, началото на S става необратимо, т.е. стартират се процеси, водещи до следващо клетъчно делене.
2. Точка S - проверка на точността на репликацията.

3. Точка G2/M-преход - проверка на завършване на репликацията.
4. Преход от метафаза към анафаза на митозата.

Регулиране на репликацията

Преди началото на репликацията Sc, ORC комплексът (комплекс за разпознаване на произхода) се намира на ori, началото на репликацията. Cdc6 присъства през целия клетъчен цикъл, но концентрацията му се увеличава в началото на G1, където се свързва с ORC комплекса, който след това се присъединява от Mcm протеини, за да образува предрепликативния комплекс (pre-RC). След сглобяването преди RC, клетката е готова за репликация.

За да инициира репликация, S-Cdk се свързва с протеин киназа (?), която фосфорилира pre-RC. В същото време Cdc6 се дисоциира от ORC след началото на репликацията и се фосфорилира, след което се убиквитинира от SCF и се разгражда. Промените в pre-RC предотвратяват рестартирането на репликацията. S-Cdk също така фосфорилира някои Mcm протеинови комплекси, което задейства техния износ от ядрото. Последващото дефосфорилиране на протеини ще рестартира процеса на образуване на пре-RC.

Циклините са Cdk активатори. Циклините, както и Cdks, участват в различни процеси освен контрола на клетъчния цикъл. Циклините се разделят на 4 класа в зависимост от времето на действие в клетъчния цикъл: G1 / S, S, M и G1 циклини.
G1/S циклините (Cln1 и ​​Cln2 в S. cerevisiae, циклин Е в гръбначните) достигат своя връх в късната G1 фаза и падат в S фазата.

Комплексът G1/S циклин-Cdk задейства началото на репликацията на ДНК чрез изключване на различни системи, които инхибират S-фазата Cdk във фазата G1.G1/S циклините също така инициират центрозомно дублиране при гръбначни животни и образуване на вретеновидно тяло при дрожди. Падането на нивата на G1/S е придружено от повишаване на концентрацията на S циклини (Clb5, Clb6 в Sc и циклин А при гръбначните), които образуват комплекса S циклин-Cdk, който директно стимулира репликацията на ДНК. Нивото на S циклин остава високо през фазите S, G2 и началото на митозата, където подпомага инициирането на митоза в някои клетки.

М-циклините (Clb1,2,3 и 4 в Sc, циклин B при гръбначните) се появяват последни. Концентрацията му се увеличава, когато клетката преминава в митоза и достига своя максимум в метафазата. Комплексът M-cyclin-Cdk включва монтаж на вретено и подреждане на сестрински хроматиди. Разрушаването му в анафаза води до излизане от митоза и цитокинеза. G1 циклините (Cln3 в Sc и циклин D в гръбначните) помагат за координиране на клетъчния растеж с влизането в нов клетъчен цикъл. Те са необичайни, защото тяхната концентрация не се променя с фазата на клетъчния цикъл, а се променя в отговор на външни регулаторни сигнали за растеж.

Програмирана клетъчна смърт

През 1972 г. Kerr et al. публикуваха статия, в която авторите представиха морфологични доказателства за съществуването на специален тип клетъчна смърт, която се различава от некрозата, която те нарекоха "апоптоза". Авторите съобщават, че структурните промени в клетките по време на апоптоза преминават през два етапа:

1-ви - образуването на апоптотични тела,

2-ри - тяхната фагоцитоза и унищожаване от други клетки.

Причините за смъртта, процесите на морфологичния и биохимичния характер на развитието на клетъчната смърт могат да бъдат различни. Те обаче могат ясно да бъдат разделени на две категории:

1. Некроза (от гръцки pekrosis - некроза) и

2. Апоптоза (от гръцки корени, означаваща "отпадане" или "дезинтеграция"), която често се нарича програмирана клетъчна смърт (PCD) или дори клетъчно самоубийство (фиг. 354).

Два пътя на клетъчна смърт

а – апоптоза (изразена клетъчна смърт): / – специфично свиване на клетката и кондензация на хроматин, 2 – фрагментация на ядрото, 3 – фрагментация на клетъчното тяло в редица апоптотични тела; b - некроза: / - подуване на клетката, вакуоларни компоненти, кондензация на хроматин (кариорексис), 2 - по-нататъшно подуване на мембранните органели, лизис на ядрения хроматин (кариолиза), 3 - разкъсване на мембранните компоненти на клетката - клетъчен лизис

N. е най-честата неспецифична форма на клетъчна смърт. Може да бъде причинено от тежко увреждане на клетката в резултат на директна травма, радиация, излагане на токсични агенти поради хипоксия, клетъчен лизис, медииран от комплемента и др.

Некротичният процес преминава през няколко етапа:

1) паранекроза - подобни на некротични, но обратими промени;

2) некробиоза - необратими дистрофични промени, характеризиращи се с преобладаване на катаболните реакции над анаболните;

3) клетъчна смърт, времето на настъпване на която е трудно да се установи;

4) автолиза - разграждане на мъртъв субстрат под действието на хидролитични ензими на мъртви клетки и макрофаги. В морфологично отношение некрозата е еквивалентна на автолиза.

Въпреки огромния брой трудове, няма съгласувана и точна дефиниция на понятието "апоптоза".

Алоптозата обикновено се характеризира като специална форма на клетъчна смърт, различна от некрозата по морфологични, биохимични, молекулярно-генетични и други характеристики.

А. е клетъчна смърт, причинена от вътрешни или външни сигнали, които сами по себе си не са токсични или разрушителни. А. е активен процес, който изисква енергия, генна транскрипция и синтез на протеини denovo.

Открити са значителен брой агенти, които причиняват апоптоза на тези клетки, в допълнение към радиацията и глюкокортикоидите:

Са2+ йонофори

аденозин

Цикличен AMP

Трибутилкалай

хипертермия

Изследването на кинетиката на разграждането на ДНК в лимфоидни клетки in vivo и in vitro показа:

Първите отчетливи признаци на гниене се появяват, като правило, повече от 1 час след експозицията, по-често в края на 2-рия час.

Интернуклеозомната фрагментация продължава няколко часа и завършва главно след 6, по-рядко 12 часа след експозицията.

Непосредствено след началото на разграждането анализът разкрива голям брой малки ДНК фрагменти, като съотношението между големи и малки фрагменти не се променя значително по време на апоптозата.

Използването на инхибитори на синтеза на АТФ, протеин и генна транскрипция забавя процеса на апоптоза. Няма такава зависимост при Н.

Както може да се види от сравнението на дефинициите за некроза и апоптоза, има както прилики, така и значителни разлики между двата вида клетъчна смърт.

Характеристика	Некроза	апоптоза
функционално		необратимо прекратяване на живота й;
морфологично	нарушение на целостта на мембраните, промени в ядрото (пикноза, рексис, лизис), цитоплазма (оток), клетъчна деструкция;	загуба на микровили и междуклетъчни контакти, кондензация на хроматин и цитоплазма, намаляване на клетъчния обем (свиване), образуване на везикули от плазмената мембрана, клетъчна фрагментация и образуване на апоптотични тела;
биохимично	нарушение на производството на енергия, коагулация, хидролитично разцепване на протеини, нуклеинови киселини, липиди;	хидролиза на цитоплазмени протеини и междунуклеозомно разграждане на ДНК;
генетично	- загуба на генетична информация; и кулминация в неговата автолиза или хетеролиза с възпалителна реакция.	структурно и функционално пренареждане на генетичния апарат и кулминация в неговото усвояване от макрофаги и (или) други клетки без възпалителна реакция.

Клетъчната смърт се регулира от междуклетъчни взаимодействия по различни начини. Много клетки в многоклетъчния организъм се нуждаят от сигнали, за да останат живи. При липса на такива сигнали или трофични фактори, клетките развиват програма за "самоубийство" или програмирана смърт. Например клетките на невронната култура умират при липса на невронален растежен фактор (NGF), клетките на простатата умират при липса на тестикуларни андрогени, клетките на гърдата умират, когато нивото на хормона прогестерон спадне и т.н. В същото време клетките могат да получават сигнали, които задействат процеси в целевите клетки, които водят до смърт чрез апоптоза. Така хидрокортизонът причинява смъртта на лимфоцитите, а глутаматът причинява смъртта на нервните клетки в тъканната култура, факторът на туморната некроза (TNF) причинява смъртта на различни клетки. Тироксин (хормон на щитовидната жлеза) причинява апоптоза на клетките на опашката на попова лъжица. В допълнение, има ситуации, когато апоптотичната клетъчна смърт е причинена от външни фактори, като радиация.

Концепцията за "апоптоза" е въведена при изследването на смъртта на някои чернодробни клетки с непълно лигиране на порталната вена. В този случай се наблюдава своеобразна картина на клетъчна смърт, която засяга само отделни клетки в чернодробния паренхим.

Процесът започва с факта, че съседните клетки губят контакти, те сякаш се свиват (първоначалното име на тази форма на смърт е shrinkagenecrosis - некроза от компресия на клетките), в ядрата по периферията им се появява специфична кондензация на хроматин, след това ядрото се фрагментира на отделни части, след което самата клетка се фрагментира на отделни тела, ограничени от плазмената мембрана, - апоптотични тела.

Апоптозата е процес, който води не до лизиране, не до разпадане на клетката, а до нейното фрагментиране, разпадане. Съдбата на апоптотичните тела също е необичайна: те се фагоцитират от макрофаги или дори нормални съседни клетки. В този случай не се развива възпалителна реакция.

Важно е да се отбележи, че във всички случаи на апоптоза, независимо дали по време на ембрионално развитие, дали в организъм на възрастен, при нормални или патологични процеси, морфологията на процеса на клетъчна смърт е много сходна. Това може да показва сходството на процесите на апоптоза в различни организми и в различни органи.

Изследвания върху различни обекти показват, че апоптозата е резултат от осъществяването на генетично програмирана клетъчна смърт. Първите доказателства за наличието на генетична програма за клетъчна смърт (PCD) са получени чрез изследване на развитието на нематода Caenorhabditiselegans. Този червей се развива само за три дни, а малкият му размер позволява да се проследи съдбата на всичките му клетки от ранните етапи на разцепване до полово зрелия организъм.

Оказа се, че по време на развитието на Caenorhabditiselegans се образуват само 1090 клетки, от които част от нервните клетки в размер на 131 броя спонтанно умират чрез апоптоза и 959 клетки остават в тялото. Открити са мутанти, при които е нарушен процесът на елиминиране на 131 клетки. Идентифицирани са два гена ced-3 и ced-4, чиито продукти предизвикват апоптоза в 131 клетки. Ако тези гени липсват или са променени в мутантния Caenorhabditiselegans, тогава не настъпва апоптоза и възрастният организъм се състои от 1090 клетки. Открит е и друг ген, ced-9, който е супресор на апоптозата: когато ced-9 е мутиран, всички 1090 клетки умират. Аналог на този ген е открит при хора: генът bcl-2 също е супресор на апоптозата в различни клетки. Оказа се, че и двата протеина, кодирани от тези гени, Ced-9 и Bc1-2, имат един трансмембранен домен и са локализирани във външната мембрана на митохондриите, ядрата и ендоплазмения ретикулум.

Оказа се, че системата за развитие на апоптоза е много сходна при нематодите и гръбначните, тя се състои от три връзки: регулатор, адаптер и ефектор. В Caenorhabditiselegans регулаторът е Ced-9, който блокира адаптерния протеин Ced-4, който от своя страна не активира ефекторния протеин Ced-3, протеаза, която действа върху цитоскелетните и ядрените протеини (Таблица 16).

Раздел. 16. Развитие на програмирана клетъчна смърт (апоптоза)

Знак ──┤ - инхибиране на процеса, знак ─→ - стимулиране на процеса

При гръбначните животни PCD системата е по-сложна. Тук регулаторът е протеинът Bc1–2, който инхибира адапторния протеин Apaf-1, който стимулира каскадата на активиране на специални протеинази, каспази.

Ензими - участници в процеса на апоптоза

По този начин,

Веднъж започнало в клетката, такова разграждане протича бързо "до края";

Не всички клетки влизат в апоптоза наведнъж или за кратък период от време, а постепенно;

Разкъсванията на ДНК възникват по линкерна (междунуклеозомна) ДНК;

Разграждането се извършва от ендо-, но не от екзонуклеази, и тези ендонуклеази се активират или получават достъп до ДНК не в резултат на директно взаимодействие с агент, предизвикващ апоптоза, а индиректно, тъй като минава доста време от момента, в който клетките влизат в контакт с такъв агент до началото на разграждането.и следователно ДНК фрагментацията не е първият характерен "апоптотичен" отговор на клетката на молекулярно ниво. В действителност, ако разграждането се задейства от директното взаимодействие на ендонуклеази или хроматин с агент, тогава, например, в случай на действие на йонизиращо лъчение, апоптозата ще настъпи бързо и едновременно в почти всички клетки.

Въз основа на тези заключения, дешифрирането на молекулярния механизъм на развитие на апоптозата се "фокусира" върху идентифицирането на ендонуклеаза(и), които извършват ДНК фрагментацията и механизмите, които активират ендонуклеазите.

Ендонуклеази

1. Разграждането се извършва от ДНКаза I. Процесът се активира от Ca2+ и Mg2+ и се инхибира от Zn2+.

Има обаче факти, които свидетелстват против участието на ДНКаза I в процеса на фрагментация на ДНК. По този начин е известно, че този ензим отсъства в ядрото, но този аргумент не е много важен, тъй като сравнително малкият размер на неговите молекули, 31 kDa, в случай на нарушение на пропускливостта на ядрената мембрана, прави участието на DNase I в разграждането на ДНК е напълно реално. Друго нещо е, че по време на in vitro обработка на хроматин, ДНКаза I причинява прекъсвания не само в линкерната част, но и в нуклеозомната ДНК.

2. Друга ендонуклеаза, считана за основен ензим за разграждане на ДНК, е ендонуклеаза II [Barry 1993]. Тази нуклеаза, когато обработва ядра и хроматин, извършва междунуклеозомна фрагментация на ДНК. Въпреки факта, че неговата активност не зависи от двувалентни метални йони, въпросът за участието на ендонуклеаза II в разграждането на ДНК досега не е разрешен, тъй като ензимът не само се намира в лизозомите, но се освобождава и от клетъчните ядра.

3. ендонуклеаза с молекулно тегло 18 kDa. Този ензим е изолиран от ядрата на тимоцити на плъх, умиращи от апоптоза [Gaido, 1991]. Липсваше в нормалните тимоцити. Активността на ензима се проявява в неутрална среда и зависи от Ca2+ и Mg2+.

4. γ-нуклеаза с молекулно тегло 31 kDa, която има "класическа" зависимост от Ca, Mg и Zn йони. Активността на този ензим се повишава в ядрата на тимоцитите на плъхове, третирани с глюкокортикоиди.

5. ендонуклеаза с молекулно тегло 22,7 kDa ензим, чиято активност се проявява в ядрата на тимоцитите на плъхове само след действието на глюкокортикоидите и се потиска от същите инхибитори като междунуклеозомното разграждане на ДНК.

Каспазите са цистеинови протеази, които разцепват протеини при аспарагинова киселина. В клетката каспазите се синтезират под формата на латентни прекурсори, прокаспази. Има иницииращи и ефекторни каспази. Иницииращите каспази активират латентни форми на ефекторни каспази. Повече от 60 различни протеини служат като субстрати за действието на активираните каспази. Това е например киназата на фокални адхезионни структури, чието инактивиране води до отделяне на апоптотични клетки от техните съседи; това са ламини, които се разглобяват под действието на каспази; това са цитоскелетни протеини (междинни филаменти, актин, гелзолин), чието инактивиране води до промяна във формата на клетката и появата на мехурчета на нейната повърхност, които пораждат апоптотични тела; това е активирана CAD протеаза, която разцепва ДНК на олигонуклеотидни нуклеозомни фрагменти; това са ензими за възстановяване на ДНК, чието потискане пречи на възстановяването на структурата на ДНК и много други.

Един пример за разгръщането на апоптотичен отговор би бил отговорът на клетка към отсъствието на сигнал от необходим трофичен фактор, като фактор на растеж на нервите (NGF) или андроген.

В цитоплазмата на клетките в присъствието на трофични фактори друг участник в реакцията, фосфорилираният Bad протеин, е в неактивна форма. При отсъствието на трофичен фактор този протеин се дефосфорилира и се свързва с протеина Bc1–2 на външната митохондриална мембрана, като по този начин инхибира неговите антиапоптотични свойства. След това се активира мембранният проапоптотичен протеин Bax, който отваря пътя за навлизане на йони в митохондриите. В същото време цитохром с се освобождава от митохондриите през порите, образувани в мембраната, в цитоплазмата, която се свързва с адаптерния протеин Apaf-1, който от своя страна активира про-каспаза 9. Активираната каспаза 9 задейства каскада от други про-каспази, включително каспаза 3, които, като протеинази, започват да усвояват смесени протеини (ламини, цитоскелетни протеини и др.), Което причинява апоптотична клетъчна смърт, нейното разпадане на части, в апоптотични тела.

Апоптозните тела, заобиколени от плазмената мембрана на унищожената клетка, привличат отделни макрофаги, които ги поглъщат и усвояват с лизозомите си. Макрофагите не реагират на съседни нормални клетки, но разпознават апоптотичните. Това се дължи на факта, че по време на апоптозата се нарушава асиметрията на плазмената мембрана и на нейната повърхност се появява фосфатидилсерин, отрицателно зареден фосфолипид, който обикновено се намира в цитозолната част на билипидната плазмена мембрана. По този начин, чрез селективна фагоцитоза, тъканите се изчистват от мъртви апоптотични клетки.

Както бе споменато по-горе, апоптозата може да бъде причинена от редица външни фактори, като радиация, действието на определени токсини и инхибитори на клетъчния метаболизъм. Необратимото увреждане на ДНК причинява апоптоза. Това се дължи на факта, че натрупващият се транскрипционен фактор, протеинът p53, не само активира протеина p21, който инхибира циклин-зависимата киназа и спира клетъчния цикъл в G1- или G2-фазата, но също така активира експресията на генът bax, чийто продукт предизвиква апоптоза.

Наличието на контролни точки в клетъчния цикъл е необходимо, за да се определи завършването на всяка фаза. Спирането на клетъчния цикъл възниква, когато ДНК е увредена в периода G1, когато ДНК е непълно репликирана в S фазата, когато ДНК е увредена в периода G2 и когато връзката на вретеното на делене с хромозомите е нарушена.

Една от контролните точки в клетъчния цикъл е самата митоза, която не преминава в анафаза, ако вретеното не е правилно сглобено и при липса на пълни връзки между микротубулите и кинетохорите. В този случай няма активиране на APC комплекса, няма разграждане на кохезини, свързващи сестрински хроматиди, и няма разграждане на митотичните циклини, което е необходимо за прехода към анафаза.

Увреждането на ДНК пречи на клетките да навлязат в S-период или митоза. Ако тези увреждания не са катастрофални и могат да бъдат възстановени чрез възстановителен синтез на ДНК, тогава блокът на клетъчния цикъл се отстранява и цикълът приключва. Ако увреждането на ДНК е значително, тогава по някакъв начин се получава стабилизиране и натрупване на протеина p53, чиято концентрация обикновено е много ниска поради неговата нестабилност. Протеинът p53 е един от транскрипционните фактори, който стимулира синтеза на протеина p21, който е инхибитор на CDK-циклиновия комплекс. Това води до спиране на клетъчния цикъл на етап G1 или G2. При блокиране в периода G1 клетка с увреждане на ДНК не влиза в S-фаза, тъй като това може да доведе до появата на мутантни клетки, сред които може да има туморни клетки. Блокадата в периода G2 също предотвратява процеса на митоза на клетки с увреждане на ДНК. Такива клетки с блокиран клетъчен цикъл впоследствие умират чрез апоптоза, програмирана клетъчна смърт (фиг. 353).

При мутации, които водят до загуба на гени на протеин p53 или при техните промени, не настъпва блокада на клетъчния цикъл, клетките влизат в митоза, което води до появата на мутантни клетки, повечето от които не са жизнеспособни, докато други пораждат злокачествени клетки.

Селективното увреждане на митохондриите, при което цитохром с се освобождава в цитоплазмата, също е честа причина за апоптоза. Митохондриите и други клетъчни компоненти са особено засегнати от образуването на токсични реактивни кислородни видове (ATC), под действието на които се образуват неспецифични канали с висока йонна пропускливост във вътрешната митохондриална мембрана, в резултат на което митохондриалната матрица набъбва и разкъсвания на външната мембрана. В същото време протеините, разтворени в междумембранното пространство, заедно с цитохром с, навлизат в цитоплазмата. Сред освободените протеини са фактори, активиращи апоптозата, и про-каспаза 9.

Много токсини (рицин, дифтериен токсин и др.), както и антиметаболити, могат да причинят клетъчна смърт чрез апоптоза. Когато протеиновият синтез е нарушен в ендоплазмения ретикулум, про-каспаза 12, локализирана там, участва в развитието на апоптоза, която активира редица други каспази, включително каспаза 3.

Елиминиране - отстраняването на отделни клетки чрез апоптоза, се наблюдава и при растенията. Тук апоптозата включва, както при животинските клетки, индукционна фаза, ефекторна фаза и фаза на разграждане. Морфологията на смъртта на растителната клетка е подобна на промените в животинските клетки: кондензация на хроматин и ядрена фрагментация, разграждане на ДНК олигонуклеотиди, свиване на протопласта, фрагментирането му във везикули, разкъсване на плазмодесмата и др. Протопластните везикули обаче се унищожават от хидролази на самите везикули, тъй като растенията нямат клетки, аналогични на фагоцитите. По този начин PCD възниква по време на растежа на клетките на кореновата шапка, по време на образуването на перфорации в листата и по време на образуването на ксилема и флоема. Падането на листата е свързано със селективна смърт на клетки в определена област на резника.

Биологичната роля на апоптозата или програмираната клетъчна смърт е много голяма: това е отстраняването на клетки, които са се справили или са ненужни на даден етап от развитието, както и отстраняването на променени или патологични клетки, особено мутантни или заразени с вируси.

И така, за да съществуват клетките в многоклетъчния организъм, са необходими сигнали за тяхното оцеляване - трофични фактори, сигнални молекули. Тези сигнали могат да се предават на разстояние и да се улавят от съответните рецепторни молекули на целевите клетки (хормонална, ендокринна сигнализация), може да бъде паракринна връзка, когато сигналът се предава на съседна клетка (например предаване на невротрансмитер). При липса на такива трофични фактори се изпълнява програмата за апоптоза. В същото време апоптозата може да бъде предизвикана от сигнални молекули, например по време на резорбция на опашката на попови лъжички под действието на тироксин. В допълнение, действието на редица токсини, които засягат отделните връзки на клетъчния метаболизъм, също могат да причинят клетъчна смърт чрез апоптоза.

Апоптозата в патогенезата на заболяванията

1. В имунната система

2. ОНКОЛОГИЧНИ ЗАБОЛЯВАНИЯ

3. ВИРУСНА ИНФЕКЦИЯ (предизвикваща апоптоза: c. човешки имунодефицит, c. пилешка анемия; инхибиране на апоптозата: цитомегаловирус, c. Epstein-Barr, c. херпес)

4. А. и НЕВРОНИ НА МОЗЪЧНАТА КОРА

ПРИНЦИПИ НА КОРЕКЦИЯ НА КЛЕТЪЧНАТА АПОПТОЗА

Откриването на регулирания процес на клетъчна смърт - апоптозата - даде възможност да се повлияе по определен начин на отделните му етапи с цел регулиране или коригиране.

Биохимичните процеси на развитие на апоптоза могат хипотетично да бъдат разделени на няколко етапа:

Действието на фактор, който причинява апоптоза;

Предаване на сигнал от рецепторната молекула към клетъчното ядро;

Активиране на апоптоза-специфични гени;

Синтез на апоптоза-специфични протеини

Активиране на ендонуклеази

ДНК фрагментация (фиг. 2.4).

Понастоящем се смята, че ако клетката умре чрез апоптоза, тогава се подразбира възможността за терапевтична интервенция, ако се дължи на некроза, тогава такава интервенция е невъзможна. Въз основа на познанията за регулирането на програмираната клетъчна смърт се използва широка гама от лекарства за повлияване на този процес в различни видове клетки.

По този начин информацията за рецепторно-медиираната регулация на клетъчната апоптоза се взема предвид при лечението на хормонално зависими тумори.

При рак на простатата се предписва андроген-блокираща терапия.

Ракът на гърдата често регресира с употребата на антагонисти на естрогенните рецептори.

Информацията за биохимичните пътища за предаване на сигнали за регулиране на апоптозата позволява ефективно използване на антиоксидантна терапия, лекарства, които регулират концентрацията на калций, активатори или инхибитори на различни протеин кинази и др. за коригиране на апоптозата в различни видове клетки.

Осъзнаването на ролята на апоптозата в клетъчната смърт засили търсенето на фармакологични ефекти, които предпазват клетките от апоптоза.

Инхибиторите на специфични протеази се изучават активно като фармакологични средства. Това са, като правило, три- или тетрапептиди, съдържащи аспарагинова киселина (Asp). Използването на такива протеази за терапевтични цели е ограничено от тяхната ниска способност да проникват в клетката. Въпреки това, Z-VAD-FMK, широкоспектърен инхибитор на ICE-подобни протеази, е успешно използван в in vivo експерименти за намаляване на зоната на инфаркт в модел на инсулт.

През следващите години можем да очакваме появата на нови лекарства за лечение и профилактика на различни заболявания, в основата на които ще бъде принципът на регулиране на процесите на апоптоза.

Най-ефективните подходи за корекция на апоптозата са тези, свързани с регулирането на специфични за апоптоза гени. Тези подходи са в основата на генната терапия, една от обещаващите области на лечение на пациенти със заболявания, причинени от нарушено функциониране на отделни гени.

Принципите на генната терапия включват следните стъпки:

Идентифициране на ДНК последователността, която ще бъде третирана;

Определяне на вида клетки, в които ще се извършва лечението;

Защита на ДНК от хидролиза от ендонуклеази;

Транспорт на ДНК в клетката (ядрото).

Подходите на генната терапия позволяват

Подобряване на работата на отделните гени (трансформация на гени, които инхибират апоптозата, като гена bcl-2),

Отслабете изражението им. За селективно инхибиране на генната експресия понастоящем се използва техниката на антисенс олигонуклеотид (антисенс). Използването на антисенси намалява синтеза на определени протеини, което засяга регулирането на процеса на апоптоза.

Механизмът на действие на антисенса се изучава активно. В някои случаи къси (13–17 бази) антисенс олигонуклеотиди, които имат последователности, комплементарни на нуклеотидните последователности на информационна РНК (mRNA) на отделни протеини, могат ефективно да блокират генетичната информация на етапа преди транскрипцията (фиг. 2.5). Тези олигонуклеотиди, свързвайки се с ДНК, образуват триплетна спирална структура. Такова свързване може да бъде необратимо или да причини селективно разцепване на триплетния комплекс, което в крайна сметка води до инхибиране на генната експресия и клетъчна смърт. В други случаи възниква комплементарно свързване на антисенс към иРНК, което причинява нарушение на транслацията и намаляване на концентрацията на съответния протеин.

триплетен комплекс

Ориз. Регулиране на генната експресия чрез антисенс олигонуклеотиди.

Вече е убедително доказано, че антисенс технологията е от голямо значение за регулирането на отделните гени в клетъчната култура. Успешното потискане на гена bcl-2 в експерименти с клетъчни култури поражда надежди за бъдещото използване на антисенс за лечение на пациенти с рак. Много in vitro експерименти са показали, че антисензите причиняват инхибиране на клетъчната пролиферация и диференциация. Този резултат потвърждава перспективите за терапевтично използване на тази технология.